Инфракрасный спектрофотометр Советский патент 1982 года по МПК G01J3/42 

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано для создания высокочастотных спектрофотометров.

Известны инфракрасные спектрофотометры, в которых для модуляции излучения или коммутации оптических каналов используется прерыватель, периодически вводимый в поток излучения 1 .

Недостаток известных инфракрасных спектрофотометров заключается в том, что в них не исключены погрешности, обусловленные собственным излучением спектрофотометра. Это мешающее излучение попадает на детектор спектрофотометра в те полупериоды движения прерывателя, когда он перекрывает поток излучения от источника на детектор. Источниками мешающего излучения мо- гут быть как сам прерыватель, когда он имеет достаточно большой спектральный коэффициент излучения, так и излучение различных нагретых деталей, когда прерыватель отражающий.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является спектральное устройство, содержащее последовательно установленные источник излучения, зеркальный прерыватель.

ионохроматор, детектор и -оптическй1Г /поглотитель, оптически сопряженный с детектором посредством зеркгильного прерывателя t.

к недостаткам можно отнести низкую точность измерений за счет погрешностей, обусловленный неравенством температуры детектора и оптического поглотителя.

10

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения погрешностей, обусловленных непостоянством нулевого сигнала.

Поставленная цель достигается

15 благодаря тому, что в инфракрасный спектрофотометр, содержащий последо- вательно установленные источник излучения, зеркальный прерыватель, монохромато), детектор и оптический

20 поглотитель, оптически сопряженный с детектором посредством зерксшьного прерывателя, введено устройство для выравнивания температуры между оптическим поглотителем и детеЛтором.

25

На чертеже показана принципиальНая схема Инфракрасного спектрофотометра.

Инфракрасный спе,ктрофотометр со-держит источник 1 излучения, например, керг1мический излучатель, зеркгшьный прерыватель 2, выполненный,например, в виде полудиска, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси 3, монохроматор 4, детекто 5, оптический поглотитель б и устрой ство 7 поддержания температуры оптического поглотителя 6, равной с требуемой точностью температуре детектора 5, который подключен к измерите lьнoй системе 8, связанной с не изоб раженными на-чертеже индикаторным Прибором, регистрирующим устройством ЭВМ и т.п. Оптический поглотитель б представляет собой физический объект у которого спектральный коэффициент отражения, Кд. в рабочем спектральном интервале спектрофотометра близок нулю. Оптический поглотитель б целесообразно выполнить в виде камеры, форма внутренней полости 9 которой обеспечивает многократное отражение любого вошедшего в нее луча. При этом на стенки внутренней полости 9 нанесено покрытие,, поглощающее излучение. Возможно также выполнение оптического поглотителя б в виде пластин из металла с высокой теплопроводностью, покрытого сажей. Устройство поддержания температуры оптического поглотителя может пре ставлять собой, например, ультратермостат с жидким теплоносителем, обмы вающим корпус детектора 5 и поглотитель 6. В простейшем варианте это устройство 7 поддержания температуры может быть выполнено в виде металлического термопроводника. При этом он одно временно может.служить конструктивным элементом, к которому крепятся как детектор, так и оптический погло титель. , Пл,оскость 10 зеркального прерывателя 2 выполнена зеркальной, при этом углы оС , оС|, образованные нормалью N к плоскости 10 зеркального прерывателя 2, соответственно с осями 0-10 оптического поглотителя б и не изображенной на чертеже проекционной системы, направляющей излучение источника 1 излучения на входную щель монохроматора 4, равны друг другу. Кюветное отделение или держатель исследуемого образца ИО расположены между зеркальными прерывателем 2 и монохроматором 4. Размеры L, Н выходного окна оптического поглотителя б выбраны из .условий L l+2StgU, H:j.h+2StgU , где 1, h высота и ширина источника 1 излучени соответственному - входной апертурный угол проекционной системы, а S - абс лютное значение разности расстояний ОТ оптического поглотителя б и источника 1 излучения до рервого оптического элемента проекционной сие темы. Если расстояние от него до оп тического поглотителя б больше, чем от источника 1 излучения, то на оси 0 0 перед оптическим поглотителем б целесообразно установить диафрагму 11, расстояние от которой до зеркального прерывателя 2 следует выбрать рав- ным S. Инфракрасный спектрофотометр работает следующим образом. В течение одного полупериода своего вращения зеркальный прерыватель 2 выведен из потока излучения от истбчника 1 излучения. В этот полупериод излучение попадает на исследуемый образ ад ИО,. Часть монохроматического излучения, прошедшая через образец и цонохроматор 4, создает с помощью проекционной системы изображение из- точника 1 излучения на приемной площадке детектора 5. В следующий полупериод своего вра- щения, соотвествующий нулевому сигналу, зеркальный прерыватель 2 перекрывает noiok излучения от источника i излучения и одновременно сопрягает своей зеркалы ой плоскостью 10 оптический поглотитель б и детектор 5. При этом благодаря выбору указанных значений L и Н он направляет вдоль оси Ол Oq только поток, представляющий собой сумму собственного излучения поглотителя и диффузного отраженного им излучения нагретых элементов спектрофотометра. Никакие другие потоки на детектор 5 в это время не попадают, потому что прерыватель так же,как и другие элементы оптической схемы, имеет спектральный коэффициент излучения . Значение первой из указанных сое- тавляющих нулевого сигнала определя-. ется теплообменом между детектором и поглотителем и зависит от разности температур между ними, значение второй составляющей определяется спектральным коэффициентом отражения поглотителя... Благодаря введению оптического поглотителя б с малым Кд и .устройства 7 поддержания его температуры, близкой температуре детектора 5, обе эти составляющих малы, так что их . флуктуации не влияют на постоянство: нулевого сигнала, и следовательно, не вносят погрешности измерений. .Требования на точность поддержания равенства температур между оптическим поглотителем и детектором и на R-1 однозначно связаны с допустимой абсолютной фотометрической погрешностью дТ спектрофотометра. Можно показать f что фотометрическая погрешность dTj, вызванная нестабильностью нулевого сигнала dд, выражается формулой (-T;v)t (1)